OBIETTIVI DEL CORSO

 

Lo studente alla fine del corso deve dimostrare di:

  a) aver acquisito una conoscenza critica dei principi e delle applicazioni della Chimica Fisica;
  b) conoscere i principi fisici su cui si basa la chimica, allo scopo di giustificare ed interpretare la struttura della materia e i mutamenti che essa subisce, con particolare riferimento ai sistemi di interesse biologico;
  c) aver acquisito una conoscenza generale sulle relazioni tra le proprietà chimiche e fisiche relative all’equilibrio termodinamico e alla cinetica delle trasformazioni;
  d) conoscere l’equilibrio chimico e fisico, mediante l’impiego della termodinamica chimica classica e la termodinamica statistica;
  e) conoscere le leggi cinetiche della trasformazione chimica in dipendenza del tempo e della temperatura.

PREREQUISITI IRRINUNCIABILI

Conoscenza dei principi di analisi matematica e delle nozioni di chimica e di fisica svolte nel corsi di Matematica, di Chimica Generale ed inorganica e di Fisica del 1° anno CTF.

PROGRAMMA DEL CORSO

Proprietà della materia. Principi base della chimica fisica. Teoria cinetica dei gas.

Mondo microscopico e mondo macroscopico. Definizioni. Lessico di base. Quantità di sostanza. Sistema isolato, chiuso e aperto. Grandezze intensive ed estensive. Volume, pressione, temperatura. Funzioni di stato. Temperatura assoluta. Principio di Avogadro. Equazione di stato dei gas ideali. Legge di Dalton delle pressioni parziali. Frazioni molari. Gas reali: equazione di van der Waals ed equazione del viriale.

Le leggi della termodinamica.

Energia, calore e lavoro. Trasformazioni reversibili e irreversibili. Processi a pressione costante: entalpia. Legge di Hess. Calorimetri. Capacità termica. Relazione tra C_P e C_V. Adiabatiche dei gas ideali. Ciclo di Carnot. Processi spontanei. Entropia. Entropie assolute. Entropia residua. Funzioni di stato ausiliari: energia libera di Helmhotz ed energia libera di Gibbs. Grandezze molari parziali. Potenziale chimico. Stati standard. Equilibrio termodinamico. Regola delle fasi. Equilibri di fase nelle sostanze pure. Diagrammi di stato. Punto triplo e punto critico. Dipendenza della pressione dalla temperatura: equazione di Clausius-Clapeyron. Reazioni esotermiche ed endotermiche. Costante d’equilibrio. Fugacità, attività e coefficienti di attività. Legge di Raoult. Soluzioni ideali. Soluzioni non ideali. Soluzioni non ideali diluite. Legge di Henry. Soluzioni reali. Dipendenza della costante d’equilibrio dalla temperatura: equazione di van’t Hoff.

Termodinamica statistica.

Stati e livelli energetici. Microstati e configurazioni. Approssimazione di Stirling. Metodo dei moltiplicatori indeterminati di Lagrange. Legge di Boltzmann sulla distribuzione delle popolazioni degli stati. Funzione di ripartizione di una particella. Legge di distribuzione per un sistema canonico. Interpretazione statistica del calore, lavoro, energia ed entropia. Fluttuazioni in un sistema canonico. Funzione di ripartizione del sistema.

Cinetica chimica.

Velocità di reazione. Ordine di reazione. Velocità specifica. Equazione di velocità in forma integrata. Tempi di dimezzamento. Misura della velocità di reazione. Dipendenza delle velocità di reazione dalla temperatura. Meccanismo di reazione. Molecolarità della reazione. Relazione tra costante d’equilibrio e costanti cinetiche. Catalisi. Influenza del catalizzatore sull’equilibrio.

TESTI CONSIGLIATI

Numerosi sono i testi, sia italiani che stranieri, in grado di fornire in misura tra loro equivalente gli elementi necessari allo studio degli argomenti descritti nel programma d’esame. Di seguito si riporta un elenco che include i testi più diffusi ed utilizzati nelle Università italiane e straniere. Si raccomanda l’uso di testi pubblicati negli ultimi anni.

P.W. Atkins, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna.

S. Capasso, La Chimica Fisica attraverso gli esercizi, Loghìa, Napoli

M.R. Di Cocco; C. Manetti; A. Miccheli, Principi di Chimica Fisica, EdiSES, Napoli.

A. Gavezzotti, Principi di Chimica Fisica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.

R. Chang, Chimica Fisica I e Chimica Fisica II, Zanichelli, Bologna.

G. M. Barrow, Physical Chemistry for the Life Science, Mc Graw Hill Int. Book Company (in inglese).

P.W. Atkins, Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna.

W.J. Moore, Chimica Fisica, Piccin, Padova.